Consumo jet engine in funzione di temperatura

[AirGek]

La temperatura come influenza il consumo di un jet engine?

[Astemio]

Accademicamente parlando, la temperatura non inficia direttamente il computo del consumo di un jet engine,
il Thrust Specific Fuel Consumption è il parametro di riferimento per il consumo, ovvero:
la massa di carburante necessaria a produrre una spinta per un dato periodo di tempo g/s-kN grammi di carburante per secondo-kiloNewton.

[AirGek]

In flight planning mi si dice che i fattori che influenzano il consumo di carburante sono (non necessariamente in ordine di importanza):

- la quota di crociera
- la temperatura
- la posizione del CG
- lo speed profile scelto

Il manuale dice di aumentare dello 0,6% il carburante richiesto per ogni 10°C di temperatura in più rispetto all'ISA (aereo classe 737). Ora il perchè il primo e gli ultimi due fattori influenzino il consumo l'ho capito ma il perchè si rende necessario quest'incremento di carburante a causa di temperatura superiore all'ISA no...

[Paolo_61]

ma il perchè si rende necessario quest'incremento di carburante a causa di temperatura superiore all'ISA no...

Minore rendimento termodinamico?

[PizzOne]

In sintesi il consumo specifico è inversamente proporzionale al rendimento globale del motore;
Il rendimento globale risulta essere funzione di molte variabili, tra le quali anche la temperatura.
Più è alta la temperatura, minore sarà il rendimento globale e quindi maggiore il consumo specifico.
Spero di essere stato chiaro;
Il tutto si può facilmente notare applicando un pò di termodinamica, ma per ora lascio stare....

[air.surfer]

Accademicamente parlando, la temperatura non inficia direttamente il computo del consumo di un jet engine,
il Thrust Specific Fuel Consumption è il parametro di riferimento per il consumo, ovvero:
la massa di carburante necessaria a produrre una spinta per un dato periodo di tempo g/s-kN grammi di carburante per secondo-kiloNewton.

Allora perche', se cambio la temperatura in questa applet, il TSFC e il FF cambiano?
http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/airplane/ngnsim.html

[PizzOne]

Accademicamente parlando, la temperatura non inficia direttamente il computo del consumo di un jet engine,
il Thrust Specific Fuel Consumption è il parametro di riferimento per il consumo, ovvero:
la massa di carburante necessaria a produrre una spinta per un dato periodo di tempo g/s-kN grammi di carburante per secondo-kiloNewton.

Penso che con questo intendesse dire, che volando con posizione manetta costante, se all'improvviso si registra un aumento di temperatura, non aumenta il consumo del motore!
Però l'aumento di temperatura causa una diminuizione di spinta.
Globalmente quindi aumenta il consumo specifico (cioè riferito alla spinta)

[air.surfer]

Accademicamente parlando, la temperatura non inficia direttamente il computo del consumo di un jet engine,
il Thrust Specific Fuel Consumption è il parametro di riferimento per il consumo, ovvero:
la massa di carburante necessaria a produrre una spinta per un dato periodo di tempo g/s-kN grammi di carburante per secondo-kiloNewton.

Penso che con questo intendesse dire, che volando con posizione manetta costante, se all'improvviso si registra un aumento di temperatura, non aumenta il consumo del motore!
Però l'aumento di temperatura causa una diminuizione di spinta.
Globalmente quindi aumenta il consumo specifico (cioè riferito alla spinta)

E tu chi sei? Il suo avvocato?
Comunque, se nella formula citata dal mascherone c'è la spinta e tu dici che con la temperatura la spinta cambia, come fa il tsfc a rimanere costante?

[PizzOne]

E tu chi sei? Il suo avvocato?

Uno che fa sempre di testa propria....

Comunque, se nella formula citata dal mascherone c'è la spinta e tu dici che con la temperatura la spinta cambia, come fa il tsfc a rimanere costante?

Non capisco...
il TSFC (chiamato da me consumo specifico) non rimane costante, aumenta all'aumentare della temperatura; il suo aumento è dovuto alla riduzione della spinta.

[air.surfer]

il TSFC (chiamato da me consumo specifico) non rimane costante, aumenta all'aumentare della temperatura; il suo aumento è dovuto alla riduzione della spinta.

Accademicamente parlando, la temperatura non inficia direttamente il computo del consumo di un jet engine,il Thrust Specific Fuel Consumption è il parametro di riferimento per il consumo,

Mi state confondendo....

[davymax]

Premetto che non posso usare quel programmino linkato per motivi di aggiornamenti che non posso fare ora...

Allora, i libri sui motori hanno sempre spiegato la diminuzione di Consumo Orario all'aumentare della quota con la diminuzione della spinta. Ora, se io volo a 250 KIAS a 10000 ft avrò bisogno di una certa spinta per avere questa velocità. Se io voglio la stessa velocità a 20000 ft essendo la resistenza la stessa, la spinta che dovrò avere sarà la stessa.
Ora, per avere la stessa spinta a quote più alte, dove la densità è minore, dovranno aumentare gli RPM del motore. I motori sono disegnati per avere il miglior rendimento ad un certo numero di RPM (che sono quelli che si avrebbero in crociera alla optimum altitude più o meno). Come detto salendo di quota per avere la stessa spinta dobbiamo aumentare gli RPM; questi arriveranno intorno al valore che ci da il miglior rendimento e minor consumo orario.

Però per aumentare gli RPM devo aumentare la manetta, che mi aumenta anche il consumo.

Agli esperti chiedo, è giusto dire che nonostante l'aumento di manetta e di consumo per avere gli RPM che ci servono per ottenere una certa spinta, il consumo orario in generale sarà poi più basso perché tra l'aumento della manetta (Maggior consumo) e il raggiungimento degli RPM ottimali (Minor Consumo), "vince" quest'ultimo?

Poi ci arrivo alla temperatura eh.... aspetto solo il chiarimento su questo

[air.surfer]

Però per aumentare gli RPM devo aumentare la manetta, che mi aumenta anche il consumo.
Agli esperti chiedo, è giusto dire che nonostante l'aumento di manetta e di consumo per avere gli RPM che ci servono per ottenere una certa spinta, il consumo orario in generale sarà poi più basso perché tra l'aumento della manetta (Maggior consumo) e il raggiungimento degli RPM ottimali (Minor Consumo), "vince" quest'ultimo?
Poi ci arrivo alla temperatura eh.... aspetto solo il chiarimento su questo

Si perchè, se ti ricordi, nel grafico "spinta in funzione dei giri" la curva ha un andamento esponenziale.
Nella prima parte ad un aumento dei giri corrisponde un piccolo aumento della spinta. Nella seconda parte invece la curva prende un andamento quasi verticale ed ad una piccola variazione dei giri corrisponde un grande aumento della spinta.

[davymax]

Ora, siccome la temperatura diminuisce la densità dell'aria (come la quota), perché ad un aumento di temperatura corrisponde un aumento di consumo?

[AirGek]

Ora, siccome la temperatura diminuisce la densità dell'aria (come la quota), perché ad un aumento di temperatura corrisponde un aumento di consumo?

Questo è il ragionamento a cui sono arrivato con l'aiuto di surfer.

Quindi se ho capito quel maximum cruise thrust limit in condizioni ISA è pari a X è genera un Fuel Flow pari a X ma con ISA + 10° diventa Y perchè nonostante il Fluel Flow sia rimasto X l'aria è meno densa e il jet spinge meno quindi il Fuel control aumenta il Fluel Flow a Y per riottenere la spinta X, da lì il maggior consumo.

[davymax]

Ora, siccome la temperatura diminuisce la densità dell'aria (come la quota), perché ad un aumento di temperatura corrisponde un aumento di consumo?

Questo è il ragionamento a cui sono arrivato con l'aiuto di surfer.

Quindi se ho capito quel maximum cruise thrust limit in condizioni ISA è pari a X è genera un Fuel Flow pari a X ma con ISA + 10° diventa Y perchè nonostante il Fluel Flow sia rimasto X l'aria è meno densa e il jet spinge meno quindi il Fuel control aumenta il Fluel Flow a Y per riottenere la spinta X, da lì il maggior consumo.

Anche salendo di quota l'aria è meno densa e devi aumentare il fuel flow per raggiungere la stessa spinta di prima, ma come mai la diminuzione di densità della quota fa consumare di meno, mentre la diminuzione di densità della temperatura fa consumare di più?

[AirGek]

Ora, siccome la temperatura diminuisce la densità dell'aria (come la quota), perché ad un aumento di temperatura corrisponde un aumento di consumo?

Questo è il ragionamento a cui sono arrivato con l'aiuto di surfer.

Quindi se ho capito quel maximum cruise thrust limit in condizioni ISA è pari a X è genera un Fuel Flow pari a X ma con ISA + 10° diventa Y perchè nonostante il Fluel Flow sia rimasto X l'aria è meno densa e il jet spinge meno quindi il Fuel control aumenta il Fluel Flow a Y per riottenere la spinta X, da lì il maggior consumo.

Anche salendo di quota l'aria è meno densa e devi aumentare il fuel flow per raggiungere la stessa spinta di prima, ma come mai la diminuzione di densità della quota fa consumare di meno, mentre la diminuzione di densità della temperatura fa consumare di più?

Credo perchè il massimo range lo ottieni quando il motore eroga una spinta che offre il miglior rapporto FF/THRUST (SFC) alla quota alla quale tale spinta ti fa volare ad una velocità pari a 1,32Vmd. Il consumo maggiore magari viene inteso come paragone rispetto a quello che avresti alla optimum altitude... o no?

[air.surfer]

Aspe' che me state a fa incartà. Comunque, sempre secondo me:
al variare della quota, varia la velocità dei gas di scarico a causa della variazione della contropressione esterna.
Percio' il consumo specifico che è una costante k (che non mi ricordo) per il consumo istantaneo fratto la spinta ovvero Cs = (k qc) / S
La spinta possiamo scriverla pure come: mg (W-V) percio' cs = (k qc) / mg(W-V) .
Dove qc=consumo istantaneo; W=velocità dei gas di scarico; V= velocità dell'aereo; mg flusso d'aria.
L'unico termine che varia nella formula è W (V per definizione è costante) che aumenta a causa della diminuzione di contropressione esterna e quindi, dalla formula, il Cs diminuisce.
Nelle tabelle di crociera (quota fissa) W è considerato costante e percio' la diminuzione di spinta è dovuta solo alla diminuzione della densità nel flusso(mg). Diminuzione che viene corretta dal fuel control che immette piu' carburante per compensare.
Vi torna?

[davymax]

Chiariamo che parliamo di Consumo orario (o meglio, Consumo Specifico, cioè consumo orario/spinta) e non di Consumo Kilometrico (legato alla velocità).


Allora, se nel programmino aumenti la manetta vedrai che all'aumentare degli RPM aumenta la spinta e aumenta anche il consumo fino a un certo punto in cui il Fuel Flow diminuisce con l'aumentare degli RPM (in questo caso quindi anche il consumo specifico diminuisce poiché a parità di spinta ho meno FF oppure a parità di FF ho più spinta). Vuol dire che ci stiamo avvicinando agli RPM ottimali cioè che ci danno il maggior rendimento.

Perché aumentiamo gli RPM? Perché la densità diminuisce e devo mantenere la stessa spinta.

La densità diminuisce per cosa? Per l'aumento di quota o per l'aumento di temperatura.

Perché però l'aumento di quota ci fa diminuire il FF a parità di spinta facendoci avvicinare agli RPM ottimali mentre la temperatura a parità di spinta non ci fa diminuire il FF anche se aumentiamo i giri raggiungendo quelli ottimali?

Cioè, perché 2 cose che mi fanno diminuire la densità hanno effetti diversi?

[air.surfer]

Perché però l'aumento di quota ci fa diminuire il FF a parità di spinta facendoci avvicinare agli RPM ottimali mentre la temperatura a parità di spinta non ci fa diminuire il FF anche se aumentiamo i giri raggiungendo quelli ottimali?

IMHO perchè in salita la diminuzione della pressione fa aumentare W che è preponderante rispetto alla diminuzione di densità in Mg. In crociera, invece, W è costante.

[Astemio]

Ora, siccome la temperatura diminuisce la densità dell'aria (come la quota), perché ad un aumento di temperatura corrisponde un aumento di consumo?

perchè una temperatura più alta comporta una Ps3 più bassa, e quindi per avere un valore di Ps3 corretto devo avere un numero di giri più alti= + fuel

[davymax]

Ora, siccome la temperatura diminuisce la densità dell'aria (come la quota), perché ad un aumento di temperatura corrisponde un aumento di consumo?

perchè una temperatura più alta comporta una Ps3 più bassa, e quindi per avere un valore di Ps3 corretto devo avere un numero di giri più alti= + fuel

Anche con l'aumento della quota devo avere un numero di giri più alto, però il fuel è minore perché mi avvicino ai giri ottimali. Perché con la temperatura no? Non so se riesco a farmi capire ma più che riquotare questo:

Cioè, perché 2 cose che mi fanno diminuire la densità hanno effetti diversi?

[tristar]

La spinta possiamo scriverla pure come: mg (W-V) percio' cs = (k qc) / mg(W-V) .
........

quella formulazione della spinta vale solo nel caso particolare di ottimo (ugello perfettamente adattato), che quasi mai si verifica con esattezza nei motori aeronautici.

Tutto quel discorso comunque non centra con la temperatura. Penso che per rispondere a questa basti semplicemente ricordare Carnot.

[air.surfer]

Cioè, perché 2 cose che mi fanno diminuire la densità hanno effetti diversi?

Io continuo a non capirti.
Se, tenendo (W-V) costante, nella formula del Cs = (k qc) / mg(W-V) salendo di quota la densità di mg diminuisce, cosa fa secondo te il Cs?

[PizzOne]

Le risposte si trovano analizzando il ciclo termodinamico in questione.
Purtroppo da questo portatile non riesco ad aprire l'applicazione linkata, quindi non so quale quale ipotesi e semplificazioni si fanno il quel programmino.
Su una cosa ormai stiamo concordando tutti: il consumo specifico è inversamente proprozionale alla spinta a parità di flusso di carburante immesso.
Uno dei cicli più utilizzati, è quello in cui si tengono costanti i vari rendimenti, in questo caso però la spinta non sarà funzione di un certo rpm ottimale, ma solo delle variabili termodinamiche.
Altre ipotesi, considero solo il motore.
Si tratta quindi di analizzare la spinta.
Generalmente un'altra semplificazione è quella di considerare l'ugello adattato, p0=p9, la spinta risulterà quindi:
F=m0*(c9-c0)
Per dividere l'effetto dovuto alla quota, da quello dovuto solo al cambiamento di temperatura bisogna introdurre la spinta specifica:
Fs=c9-c0
Applicando il primo principio al ciclo (non entro troppo nel dettaglio causa formule abbastanza lunghe) si ottiene:
Fs=funzione(k,T0,R,Y,Z,etaks,etaes,M0,Tt4)
se si varia T0,tenendo costanti tutte le altre variabili si ottiene:
Fs aumenta al diminuire della temperatura
Sembra un risultato inatteso, perchè ci dice praticamente che a quote più alte( dove ci sono temperature più basse), la spinta specifica aumenta.
La spinta dipende oltre che da Fs anche da m0 (flusso massico);
m0, è direttamente proporzionale alla densità, quindi salendo di quota m0 diminuisce;
La variazione di m0 influisce maggiormente rispetto alla variazione di Fs, quindi la spinta diminuisce al variare della quota.
Spero di non aver confuso troppo.

In sintesi rispondendo alla domanda iniziale,
Tenendo costanti tutte le variabili, anche la quota, un aumento della temperatura ambientale comporta una diminuzione della spinta specifica, che causa un aumento del cosumo specifico.

[air.surfer]

In sintesi rispondendo alla domanda iniziale,
Tenendo costanti tutte le variabili, anche la quota, un aumento della temperatura ambientale comporta una diminuzione della spinta specifica, che causa un aumento del cosumo specifico.

Che in pratica è la risposta al quesito che ho posto a davymax. Solo che lui considera anche la salita dove la variabile è la quota (o pressione). Il che cambia ovviamente le carte in tavola.

[air.surfer]

quella formulazione della spinta vale solo nel caso particolare di ottimo (ugello perfettamente adattato), che quasi mai si verifica con esattezza nei motori aeronautici.

Mah.. in tutti i libri di motori (scritti per i piloti ovviamente) la formula è riportata cosi. Al volo ho trovato pure questa http://it.wikipedia.org/wiki/Turbogetto dove la spintà è cosi riportata: "T = m (V_s - V_a)
dove m è il flusso di massa che attraversa la presa d'aria nell'unità di tempo (massa diviso tempo), V_s è la velocità della massa d'aria mischiata ai gas di scarico in uscita e V_a è la velocità dell'aria in entrata nella presa d'aria che corrisponde alla velocità del velivolo ( TAS )se posto in movimento.. "
A me sembra la stessa cosa. A te no?

Tutto quel discorso comunque non centra con la temperatura. Penso che per rispondere a questa basti semplicemente ricordare Carnot.

Non me lo ricordo. Credo che alla mia nascita lui fosse già morto.

[tristar]

Mah.. in tutti i libri di motori (scritti per i piloti ovviamente)

appunto

Al volo ho trovato pure questa http://it.wikipedia.org/wiki/Turbogetto dove la spintà è cosi riportata: "T = m (V_s - V_a)
dove m è il flusso di massa che attraversa la presa d'aria nell'unità di tempo (massa diviso tempo), V_s è la velocità della massa d'aria mischiata ai gas di scarico in uscita e V_a è la velocità dell'aria in entrata nella presa d'aria che corrisponde alla velocità del velivolo ( TAS )se posto in movimento.. "
A me sembra la stessa cosa. A te no?

è la stessa cosa (cioè la precedente formula incompleta, manca il termine che tiene conto dello spread fra la pressione nella sezione di scarico e quella ambiente, altrimenti non servirebbe il cono di scarico, ma qusto è un altro discorso), infatti non ho capito perchè l'hai riscritta.

Tutto quel discorso comunque non centra con la temperatura. Penso che per rispondere a questa basti semplicemente ricordare Carnot.

Non me lo ricordo. Credo che alla mia nascita lui fosse già morto.

Che è, sei passato dalle elementari all'atpl senza nulla in mezzo? Il rendimento massimo teorico di qualunque macchina termica esiste, è unico, e dipende solo dalle temperature estreme del ciclo, perciò se alzi la temperatura esterna, che è la minima del ciclo, a parità di tutto il resto, il rendimento non può che calare, e se guardi bene c'è scritto anche nel link da te riportato.

[Astemio]

La temperatura come influenza il consumo di un jet engine?

riparto da qui:

A) In un giorno "freddo" la densità dell'aria aumenta cosi che la massa di aria che entra nel compressore per un dato regime di rotazione sia maggiore,la spinta sarà maggiore. La maggiore densità dell'aria, però comporta un aumento della potenza necessaria per far ruorare i compressori, il motore dunque necessita di maggior carburante per ruotare al corretto numero di giri;

B) In un giorno "caldo" la densità dell'aria diminuisce, riducendo anche la massa d'aria che entra nel compressore conseguentemente si riduce anche la spinta per un certo numero di giri. E richiesta potenza inferiore per far ruotare i compressori, il sistema regolatore di flusso del carburante riduce il flusso per mantenere la velocità del compressore e la temperatura d'ingresso alle turbine in modo appropriato.
Esempio con 45°Celsius di OAT si registra in media il 20/25% di riduzione della spinta.

In un sistema di controllo flusso carburante avente come paramentro di riferimento l'EPR , pressure ratio control gestisce una EPR costante e inoltre spinta in funzione di una temperatura ambiente pre-determinata.
Al di sopra di questa temperatura di riferimento il "flusso carburante" viene automaticamente controllato per prevenire una eccessiva temperatura all'ingresso delle turbine.

Le curve caratteristiche sono già in Vostro possesso:

[Astemio]

Che è, sei passato dalle elementari all'atpl senza nulla in mezzo? Il rendimento massimo teorico di qualunque macchina termica esiste, è unico, e dipende solo dalle temperature estreme del ciclo, perciò se alzi la temperatura esterna, che è la minima del ciclo, a parità di tutto il resto, il rendimento non può che calare, e se guardi bene c'è scritto anche nel link da te riportato.

...sante parole..........

[davymax]

Aspetta Air, io non sto tenendo conto della salita inteso come fase di volo.

Io "posiziono virtualmente" l'aereo a una quota, fai 10000 ft con ad esempio -20°C e tengo una velocità IAS costante (quindi una spinta costante).

Se posiziono l'aereo (sempre in crociera) a una quota più alta, aria meno densa, il consumo orario diminuisce.

Perchè se invece lo lascio a 10000 ft ma aumento la temperatura a -15 o -10°C, il consumo orario aumenta? Non dovrebbe avere lo stesso effetto che posizionarlo ad una quota più alta?

[AirGek]

La temperatura come influenza il consumo di un jet engine?

B) In un giorno "caldo" la densità dell'aria diminuisce, riducendo anche la massa d'aria che entra nel compressore conseguentemente si riduce anche la spinta per un certo numero di giri. E richiesta potenza inferiore per far ruotare i compressori, il sistema regolatore di flusso del carburante riduce il flusso per mantenere la velocità del compressore e la temperatura d'ingresso alle turbine in modo appropriato.
Esempio con 45°Celsius di OAT si registra in media il 20/25% di riduzione della spinta.

Nelle mie tabelle vien detto che operando alla maximum cruise thrust limit per ogni 10°C in più rispetto all'ISA a quella quota va aggiunto lo 0,6% di carburante in più rispetto a quello necessario per operazioni a temperatura ISA. Quindi è da intendere come la spinta si riduca a causa della minor densità quindi per riottenerla il sistema manda più carburante.

[Astemio]

La temperatura come influenza il consumo di un jet engine?

B) In un giorno "caldo" la densità dell'aria diminuisce, riducendo anche la massa d'aria che entra nel compressore conseguentemente si riduce anche la spinta per un certo numero di giri. E richiesta potenza inferiore per far ruotare i compressori, il sistema regolatore di flusso del carburante riduce il flusso per mantenere la velocità del compressore e la temperatura d'ingresso alle turbine in modo appropriato.
Esempio con 45°Celsius di OAT si registra in media il 20/25% di riduzione della spinta.

Nelle mie tabelle vien detto che operando alla maximum cruise thrust limit per ogni 10°C in più rispetto all'ISA a quella quota va aggiunto lo 0,6% di carburante in più rispetto a quello necessario per operazioni a temperatura ISA. Quindi è da intendere come la spinta si riduca a causa della minor densità quindi per riottenerla il sistema manda più carburante.

Viene riportata anche la faccia del "Comandante" quando gli danno una AZI-FCO non attualizzato, con ZFW stellari OAT 51°celsius?

[AirGek]

La temperatura come influenza il consumo di un jet engine?

B) In un giorno "caldo" la densità dell'aria diminuisce, riducendo anche la massa d'aria che entra nel compressore conseguentemente si riduce anche la spinta per un certo numero di giri. E richiesta potenza inferiore per far ruotare i compressori, il sistema regolatore di flusso del carburante riduce il flusso per mantenere la velocità del compressore e la temperatura d'ingresso alle turbine in modo appropriato.
Esempio con 45°Celsius di OAT si registra in media il 20/25% di riduzione della spinta.

Nelle mie tabelle vien detto che operando alla maximum cruise thrust limit per ogni 10°C in più rispetto all'ISA a quella quota va aggiunto lo 0,6% di carburante in più rispetto a quello necessario per operazioni a temperatura ISA. Quindi è da intendere come la spinta si riduca a causa della minor densità quindi per riottenerla il sistema manda più carburante.

Viene riportata anche la faccia del "Comandante" quando gli danno una AZI-FCO non attualizzato, con ZFW stellari OAT 51°celsius?

Non l'ho capita.

[air.surfer]

Non l'ho capita.

Non ti preoccupare. Lui non si capisce manco da solo.
A proposito, Francesco, lo sai che usare il mio vecchio avatar ha un che di patologico?
Magari chiedo lumi alla psicologa che mi gira per casa...

[Astemio]

Non l'ho capita.

Non ti preoccupare. Lui non si capisce manco da solo.
A proposito, Francesco, lo sai che usare il mio vecchio avatar ha un che di patologico?
Magari chiedo lumi alla psicologa che mi gira per casa...

Chi è Francesco?
Vecchio Avatar?